JP2000303857A - ガスタービンの排気エキスパンション - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】排ガスの気密性を長期に亘って維持し電力供給
の信頼性を維持することのできるガスタービンの排気エ
キスパンションを得ること。 【解決手段】ガスタービン１の排気口のフランジ１ａに
接続したフランジ３Ａの内面に断熱材４Ａを接合し、こ
の断熱材４Ａの外周を保護板５Ａで囲む。排気ダクト２
Ａ側に接続したフランジ３Ａの内面にも同様に断熱材４
Ａを接合し、保護板５Ａで囲む。中間部を弧状に折り曲
げて中空状の空間を内部に形成したベローズ６Ａを、フ
ランジ３Ａの外周に対して押え板７とボルト18を介して
固定する。ベローズ６Ａの内部の空間には、冷却空気供
給装置から冷却空気を供給して、ベローズ６Ａの経年的
熱劣化を抑える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガスタービンと排
気ダクトを接続するガスタービンの排気エキスパンショ
ンに関する。

【０００２】

【従来の技術】図６は、ガスタービンの排気口と排気ダ
クトを接続する従来のガスタービンの排気エキスパンシ
ョンＥｘの一例を示す部分断面図で、中心線と平行に切
断した片側の外周部のみを示す。

【０００３】図６において、ガスタービン１の排気口の
フランジ１ａと排気ダクト２Ａのフランジ２ａの間を接
続するガスタービンの排気エキスパンションＥｘは、フ
ランジ１ａ，２ａに基端側のフランジ部３ａがボルトで
接続される一対のフランジ体３Ａと、このフランジ体３
Ａの外周側のフランジ部３ｂに重ねられ一対の押え板７
とボルト18を介して固定されるベローズ６Ｄと、一対の
フランジ体３Ａの対向側に挿入され接合された断面台形
状の断熱材４Ｃと、この断熱材４Ｃの内周に添設された
保護クロス13と、片側のフランジ体３Ａの基端側の内面
側に片側が連続して固定された複数枚のバッフルプレー
ト11で構成されている。

【０００４】このように構成された従来のガスタービン
の排気エキスパンションＥｘでは、ガスタービン１の排
気口から排気ダクト２Ａを経て排出される矢印Ｅで示す
高温の排気ガスによるベローズ６Ｄの経年劣化を防ぎ、
このベローズ６Ｄによる排気路の気密性を維持するため
に、断熱材４Ｃがフランジ体３Ａの間に挿入されてい
る。

【０００５】また、保護クロス13は、排気ガスから断熱
材４Ｃを保護して、この断熱材４Ｃの内部への飛散を防
ぐために設けられ、バッフルプレート11は、矢印Ｅで示
すように排出される排ガスが直接保護クロス13に接触す
るのを防いでいる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このように
構成されたガスタービン排気エキスパンションにおいて
は、ガスタービンが設置された発電設備の長期に亘る稼
動中の負荷の変動に伴う排ガスの温度変化によるガスタ
ービン１の排気筒と排気ダクト２Ａの伸縮の繰り返しに
よって、ベローズ６Ｄが伸縮する。そのため、ベローズ
６Ｄは断面を弧状にして対応しているが、断熱材４Ｃは
フランジ３Ａとの接触面が剥離しさらに摺動して摩耗す
るおそれがある。

【０００７】すると、この摩耗粉が排ガスの管路に飛散
するだけでなく、断熱材４Ｃによる断熱性が損われて、
ベローズ６Ｄの劣化が加速され、万一、破損すると、高
温の排ガスが外部に漏れるおそれがある。

【０００８】もし、この外部に漏れる排ガスが多量とな
った場合には、ガスタービンを停止しなければならない
ので、公共性の高い電力供給の信頼性を損うおそれもあ
る。そこで、本発明の目的は、排ガスの気密性を長期に
亘って維持し電力供給の信頼性を維持することのできる
ガスタービンの排気エキスパンションを得ることであ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１に対応する発明
は、ガスタービンの排気口と排気ダクト間にフランジを
介して接続され、このフランジの外周部をベローズで気
密に覆うようにしたガスタービンの排気エキスパンショ
ンにおいて、ベローズで環状の空間部が形成されるよう
に、そのベローズに外部から冷媒が供給される供給部及
び冷媒を外部に放出する放出部を設けたことを特徴とす
る。

【００１０】請求項２に対応する発明のガスタービンの
排気エキスパンションは、フランジの側面に断熱材を添
設したことを特徴とする。請求項３に対応する発明のガ
スタービンの排気エキスパンションは、ベローズで形成
した環状の空間部に、冷媒が供給され流出部から流出す
る複数の冷却管を挿入したことを特徴とする。

【００１１】請求項４に対応する発明は、ガスタービン
の排気口に片側が接続された第１のフランジと、排気口
から排出される排ガスを排出する排気ダクトの接続端に
片側が接続される第２のフランジと、この第２のフラン
ジと第１のフランジの対向側に突設され中間部にガスが
供給される環状の空間を形成する複数の遮蔽板とを備え
たことを特徴とする。

【００１２】このような手段によって、請求項１に対応
する発明では、ベローズの内部の環状の空間に供給され
る冷媒でベローズを冷却して、このベローズの経年的熱
劣化を抑える。

【００１３】請求項２に対応する発明では、排ガスによ
るフランジの温度上昇を断熱材で防いで、フランジから
伝達される熱によるベローズの経年的熱劣化を抑える。
請求項３に対応する発明では、冷媒で冷却される冷却管
によってベローズの内部の空間のガスを冷却して、ベロ
ーズの経年的熱劣化を抑える。

【００１４】請求項４に対応する発明では、複数の遮蔽
板の間に形成した空間に供給されるガスによって、第
１，第２のフランジの間からの排ガスの流出を防ぐとと
もに、ガスタービンの排気口と排気ダクトの接続部に印
加される応力を防ぐ。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明のガスタービンの排
気エキスパンションの一実施形態を図面を参照して説明
する。図１は、本発明のガスタービンの排気エキスパン
ションＥｘの第１の実施形態を示す部分断面図で、従来
の技術で示した図６に対応し請求項１及び請求項２に対
応する図である。

【００１６】図１において、前述した従来の技術で示し
た図６と異なるところは、断熱材の取付場所と断面形状
及びベローズの断面形状で、フランジ体３Ａやバッフル
プレート11などは、図６と同一である。したがって、こ
の図６と同一要素には同一符号を付して説明を省略す
る。

【００１７】すなわち、左右のフランジ体３Ａの対向面
には、断面がヘ字状でフランジ体３Ａの対向面を除く外
周が保護板５Ａで覆われた断熱材４Ａが対称的に取り付
けられている。

【００１８】一方、バッフルプレート11は、ガスタービ
ン１のフランジ１ａ側の保護板５Ａの基端に基端が固定
されている。矢印Ａは、排気ガスの流れる方向を示す。
このように構成されたガスタービンの排気エキスパンシ
ョンＥｘは、図２で示す冷却空気供給装置８に空圧配管
17Ａで接続されている。

【００１９】すなわち、図１で断面が袋状のベローズ６
Ａの中央部には、接続フランジ６Ｆ１が設けられ、この
接続フランジ６Ｆ１には、図２で示す冷却空気供給装置
８に接続される空圧配管17Ａの先端が接続されている。

【００２０】この空圧配管17Ａの他端は、冷却空気供給
装置８の送風機10の吐出側に接続されている。同様に送
風機の吐出側には、空圧配管17Ｂの片側が接続され、こ
の空圧配管17Ｂの他側は、排気ダクト２Ａの下流側に接
続された大径のエキスパンションのフランジ６Ｆ２の片
側に図示しない接続フランジを介して接続されている。

【００２１】送風機10の入力軸には、図示しないカップ
リングを介して三相誘導電動機16が連結され、送風機10
の吸入側には、エアフィルタ15が接続されている。符号
６Ｇ１，６Ｇ２はベローズ６Ａに設けた冷媒放出口であ
る。

【００２２】このように構成され冷却空気供給装置８に
空圧配管が接続されたガスタービンの排気エキスパンシ
ョンＥｘにおいては、ガスタービンの起動と同期して冷
却空気供給装置８の三相誘導電動機16も起動され、送風
機10から各空圧配管17Ａ，17Ｂを経て各排気エキスパン
ションＥｘに冷却空気が供給される。

【００２３】すると、この冷却空気は、接続フランジ６
Ｆ１，６Ｆ２を経てベローズ６Ａにより形成した環状の
ジャケット内部に流入し、この環状のジャケット空間を
円周方向に流れてベローズ６Ａに設けた放出口６Ｇ１，
６Ｇ２から外部に放出される。したがって、この冷却空
気によってベローズ６Ａが冷却されるので、ベローズ６
Ａの劣化を長期に亘って防ぐことができる。

【００２４】図３は、本発明のガスタービンの排気エキ
スパンションの第２の実施形態を示す部分断面図で、前
述した第１の実施形態で示した図１に対応し、請求項１
の異なる実施例に対応する図である。

【００２５】図３において、前述した第１の実施形態で
示した図１と異なるところは、断熱材の取付位置とベロ
ーズの材料で、図２に示した冷却空気供給装置に接続さ
れている点も、第１の実施形態と同様である。したがっ
て、図１と同一要素には、同一符号を付して説明を省
く。矢印Ｂは、排気ガスの流れる方向を示す。

【００２６】すなわち、図３で示した断熱材４Ｂは、フ
ランジ体３Ａの外面側に設けられ、この断熱材４Ｂの外
面側は保護板５Ｂで覆われている。したがって、バッフ
ルプレート11の基端は、フランジ体３Ａの基端側の円筒
部の内面に固定されている。

【００２７】一方、ベローズ６Ｂは、通気性のあるガラ
スクロス等で製作され、図示しないが図１で示した接続
フランジ６Ｆ１と同様なものが取り付けられ、この接続
フランジには、図２で示した空圧配管17Ａが接続されて
いる。この実施形態の場合には、放出口は設けない。

【００２８】このように構成されたガスタービンの排気
エキスパンションにおいては、冷却空気供給装置から空
圧配管17Ａを経てベローズ６Ｂの内部に供給された冷却
空気は、ガラスクロス材のベローズ６Ｂの繊維の間に形
成された微小な間隙から、図３の矢印Ｇで示すように外
部に放出される。

【００２９】したがって、ガスタービンから排出される
排ガスによるベローズ６Ｂの温度上昇を防ぐことができ
るので、このベローズ６Ｂの劣化を抑えることができ、
長期に亘って排ガスの気密性と電力供給の信頼性を維持
することができる。

【００３０】図４は、本発明のガスタービンの排気エキ
スパンションの第３の実施形態を示す部分断面図で、前
述した実施形態で示した図１及び図３に対応し、特に請
求項３に対応する図である。

【００３１】図４において、前述した実施形態で示した
図１及び図３と異なるところは、ベローズの内部に複数
本の冷却管を収納し、この冷却管の内部に、図２で前述
した冷却空気供給装置から冷却空気を供給したことで、
他は、第１の実施形態で示した図１とほぼ同一である。
したがって、この図１と同一要素には同一符号を付して
説明を省く。矢印Ｄは、排気ガスの流れの方向を示す。

【００３２】すなわち、ベローズ６Ｃは同一品が２個重
ねられ、これらの間に図１及び図３と同様の冷却空間を
形成し、この空間に対して、複数本（図４では31本）の
冷却管12が余裕を持って挿入されている。

【００３３】これらの冷却管12は、４本の冷却管を７〜
８回巻いて構成し、片側は冷却空気供給装置の配管に接
続され、他側はベローズ６Ｃに形成された図示しない開
口部から僅かに突き出ている。

【００３４】このように構成されたガスタービンの排気
エキスパンションにおいても、一対のベローズ６Ｃで形
成された内部の空間は、冷却空気で冷却される冷却管12
によって冷却されるので、ベローズ６Ｃの経年劣化を防
ぐことができ、排ガスの気密性と電力供給の信頼性を長
期に亘って維持することができる。

【００３５】なお、冷却管12は、冷却空気の流通経路が
複数の系統となるので、万一、いずれかの冷却管が破損
しても、残る冷却管によってベローズ６Ｃの内部を均一
に冷却することができる。また、ベローズ６Ｃは、図１
及び図３で示したベローズ６Ａを採用してもよい。

【００３６】図５は、本発明のガスタービンの排気エキ
スパンションの第４の実施形態を示す部分断面図で、前
述した実施形態で示した図１，図３及び図４に対応し、
請求項４に対応する図である。矢印Ｃは、排気ガスの流
れの方向を示す。

【００３７】図５において、前述した実施形態と異なる
ところは、冷却空間を形成するベローズの代りに遮蔽板
で環状の遮蔽部を設けたことで、内部の冷却ガスの密封
度が図３で示したベローズ６Ｂよりも更に緩くなってい
る。但し、図５では作図上間隙を広く示している。

【００３８】すなわち、図５の左右のフランジ３Ｂ，３
Ｃの対向側には、断面がＬ字形の遮蔽板９Ｂが左側のフ
ランジ３Ｂ側に、遮蔽板９Ｅが右側のフランジ３Ｃ側に
突設されている。排ガスの上流側の遮蔽板９Ｂの基端側
には、帯板状の遮蔽板９Ａの基端が固定され、左側面に
は配管フランジ14が中間部に突設されている。

【００３９】一方、下流側のフランジ３Ｃには、左側の
遮蔽板９Ａの内周側に対して、幅の狭い遮蔽板９Ｃが遮
蔽板９Ａの内周側に近接して平行に突設され、この外周
方向には、幅の広い遮蔽板９Ｄがこの外周側の遮蔽板９
Ｂと近接して平行に突設されている。配管フランジ14に
は、図２で前述した冷却空気供給装置の空圧配管17Ａが
接続されている。

【００４０】このように構成されたガスタービンの排気
エキスパンションにおいては、冷却空気供給装置から配
管フランジ14を経て、矢印Ｈで示すように遮蔽部の内部
の空間に流入した冷却空気の一部は、遮蔽板９Ｄの先端
と遮蔽板９Ｂの間を通り、この遮蔽板９Ｂの先端とフラ
ンジ３Ｃ及び遮蔽板９Ｅの間を経て、矢印Ｊに示すよう
に外部に流出する。

【００４１】一方、内部の空間に流入した冷却空気の残
部は、遮蔽板９Ａの先端とフランジ３Ｃ及び遮蔽板９Ｃ
の間を経て、矢印Ｋで示すように排気エキスパンション
の内部に流入し、この内部を矢印Ｃに示すように流出す
る排ガスに合流して排出される。

【００４２】このような遮蔽部を外周に形成したガスタ
ービンの排気エキスパンションにおいても、冷却空気供
給装置から遮蔽部の内部に導いた冷却空気を複数の遮蔽
板で形成した狭い間隙から排気エキスパンションの内外
に放出することで、ガスタービンから排出された排ガス
の漏れを防ぐことができ、電力供給の信頼性を維持する
ことのできるガスタービンの排気エキスパンションを得
ることができる。

【００４３】なお、上記第１〜第４の実施形態では、冷
媒は空気としたが、他の冷却ガスでもよく、図１，図２
及び図４で示したベローズでは、液体の冷媒でもよい。
その場合には、図２で示した送風機の代りにポンプが採
用される。

【００４４】

【発明の効果】以上、請求項１に対応する発明によれ
ば、ガスタービンの排気口と排気ダクトの間にフランジ
を介して接続され、このフランジの外周部をベローズで
気密に覆うようにしたガスタービンの排気エキスパンシ
ョンにおいて、ベローズで環状の空間部が形成されるよ
うに、そのベローズに外部から冷媒が供給される供給部
及び冷媒を外部に放出する放出部を設けることで、ベロ
ーズの内部の環状の空間に供給される冷媒でベローズを
冷却して、このベローズの経年的熱劣化を抑えたので、
排ガスの気密性を長期に亘って維持し電力供給の信頼性
を維持することのできるガスタービンの排気エキスパン
ションを得ることができる。

【００４５】請求項２に対応する発明によれば、フラン
ジの側面に断熱材を添設することで、排ガスによるフラ
ンジの温度上昇を断熱材で防いで、フランジから伝達さ
れる熱によるベローズの経年的熱劣化を抑えたので、排
ガスの気密性を長期に亘って維持し電力供給の信頼性を
維持することのできるガスタービンの排気エキスパンシ
ョンを得ることができる。

【００４６】請求項３に対応する発明によれば、ベロー
ズで形成した環状の空間部に、冷媒が供給され流出部か
ら流出する複数の冷却管を挿入することで、冷媒で冷却
される冷却管によってベローズの内部の空間のガスを冷
却して、ベローズの経年的熱劣化を抑えたので、排ガス
の気密性を長期に亘って維持し電力供給の信頼性を維持
することのできるガスタービンの排気エキスパンション
を得ることができる。

【００４７】請求項４に対応する発明によれば、ガスタ
ービンの排気口に片側が接続された第１のフランジと、
排気口から排出される排ガスを排出する排気ダクトの接
続端に片側が接続される第２のフランジと、この第２の
フランジと第１のフランジの対向側に突設され中間部に
ガスが供給される環状の空間を形成する複数の遮蔽板と
を備えることで、複数の遮蔽板の間に形成した空間に供
給されるガスによって、第１，第２のフランジの間から
の排ガスの流出を防ぐとともに、ガスタービンの排気口
と排気ダクトの接続部に印加される応力を防いだので、
排ガスの気密性を長期に亘って維持し電力供給の信頼性
を維持することのできるガスタービンの排気エキスパン
ションを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のガスタービンの排気エキスパンション
の第１の実施形態を示す部分断面図。

【図２】本発明のガスタービンの排気エキスパンション
の第１の実施形態を示す空圧回路接続図。

【図３】本発明のガスタービンの排気エキスパンション
の第２の実施形態を示す部分断面図。

【図４】本発明のガスタービンの排気エキスパンション
の第３の実施形態を示す部分断面図。

【図５】本発明のガスタービンの排気エキスパンション
の第４の実施形態を示す部分断面図。

【図６】従来のガスタービンの排気エキスパンションの
一例を示す部分断面図。

【符号の説明】

１…ガスタービン、１ａ…フランジ、２Ａ，２Ｂ…排気
ダクト、２ａ…結合部、３Ａ，３Ｂ，３Ｃ…フランジ、
４Ａ，４Ｂ…断熱材、５Ａ，５Ｂ…保護板、６Ａ，６
Ｂ，６Ｃ，６Ｄ…ベローズ、７…押え板、８…冷却空気
供給装置、９Ａ，９Ｂ，９Ｃ，９Ｄ，９Ｅ…遮蔽板、10
…送風機、11…バッフルプレート、12…冷却管、14…配
管フランジ、15…エアフィルタ、16…三相誘導電動機、
17Ａ，17Ｂ…空圧配管、18…ボルト。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガスタービンの排気口と排気ダクト間に
   フランジを介して接続され、このフランジの外周部をベ
   ローズで気密に覆うようにしたガスタービンの排気エキ
   スパンションにおいて、前記ベローズで環状の空間部が
   形成されるように、そのベローズに外部から冷媒が供給
   される供給部及び冷媒を外部に放出する放出部を設けた
   ことを特徴とするガスタービンの排気エキスパンショ
   ン。
2. 【請求項２】 前記フランジの側面に断熱材を添設した
   ことを特徴とする請求項１記載のガスタービンの排気エ
   キスパンション。
3. 【請求項３】 前記ベローズで形成した環状の空間部
   に、前記冷媒が供給され流出部から流出する複数の冷却
   管を挿入したことを特徴とする請求項１又は請求項２記
   載のガスタービンの排気エキスパンション。
4. 【請求項４】 ガスタービンの排気口に片側が接続され
   た第１のフランジと、前記排気口から排出される排ガス
   を排出する排気ダクトの接続端に片側が接続される第２
   のフランジと、この第２のフランジと前記第１のフラン
   ジの対向側に突設され中間部にガスが供給される環状の
   空間を形成する複数の遮蔽板とを備えたガスタービンの
   排気エキスパンション。